高速公路監(jiān)控如何實現(xiàn)自動化和智能化

秦伊佐

（中交二公局鐵路建設(shè)有限公司 陜西西安 710065）

高速公路運(yùn)行管理中，監(jiān)控系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著重要的職責(zé)，例如對違法違規(guī)行為、公共秩序進(jìn)行監(jiān)督和維護(hù)，強(qiáng)化了公路安全管理的責(zé)任。近年來，隨著技術(shù)水平的提升，智能化和自動化技術(shù)的應(yīng)用在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中得以應(yīng)用，整體監(jiān)控效率得到提升。

一、高速公路智能化監(jiān)控系統(tǒng)概述

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮完善的監(jiān)控作用，確保公路安全穩(wěn)定運(yùn)行。在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)向著智能化自動化發(fā)展的方向中，高速公路管理工作人員必須重視監(jiān)控智能化自動化優(yōu)勢，應(yīng)用智能化自動化技術(shù)并積極進(jìn)行推廣。監(jiān)控系統(tǒng)有效性體現(xiàn)在監(jiān)控效率的提升和監(jiān)控效果的提高上。高速公路現(xiàn)代化監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建，通過智能化自動化技術(shù)應(yīng)用之后，能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)的先進(jìn)性，推動了高速公路智能監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展[1]。

二、高速公路智能化監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建

隨著數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，高清智能監(jiān)測系統(tǒng)的使用程度加大，促進(jìn)了多目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)智能化發(fā)展，在高速公路服務(wù)中實現(xiàn)了智能化監(jiān)控。

（一）車輛檢測系統(tǒng)主要是應(yīng)用在對高速交通流量的檢測。智能交通系統(tǒng)進(jìn)行交通流量檢測，發(fā)揮智能的手段。例如，車輛檢測針對高速公路、一級公路、城市公路等對來往車輛的行駛速度、車型、道路占有率等進(jìn)行檢測。系統(tǒng)根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)，將道路的運(yùn)行情況加以分析和判斷，并根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)獲得的可變情報，對信息進(jìn)行發(fā)布。這些車輛檢測設(shè)備可以安裝到高速公路的不同路段上，也可以安裝在交通巡邏車和城市主干道上，發(fā)揮出設(shè)備的技術(shù)優(yōu)勢[2]。

（二）車輛異常行為檢測。其主要是通過背景檢出提取的技術(shù)檢測車輛行駛異常的情況。異常行為檢測對運(yùn)動圖像予以檢測，以判斷車輛行駛行為和跟蹤車輛，并識別車輛類型。例如，一輛汽車駛?cè)肴诵械罆r，系統(tǒng)會對車輛周邊打上紅色標(biāo)識，如顯示行駛異常則發(fā)出警報，引起監(jiān)控人員注意。車輛退出人行道后，紅色問號消除，警報消失。

車輛在車道正常行駛時，如果出現(xiàn)頻繁超越其他車輛的車輛或逃竄的車輛，系統(tǒng)均會判斷為異常車輛并發(fā)出警報聲[3]。此時，系統(tǒng)會發(fā)出警報聲，并打出紅色驚嘆號，以表示該車行駛行為異常。

（三）車輛身份自動識別系統(tǒng)在大型停車場應(yīng)用較為實用。汽車牌識別和汽車類型識別組成了汽車身份自動識別系統(tǒng)。車牌自動識別將輸入的車牌號進(jìn)行處理識別，對大小車輛、字符串等進(jìn)行識別，運(yùn)用管理數(shù)據(jù)庫連接的方法實現(xiàn)快速識別精確識別。交通部門的違章監(jiān)測和高速公路收費(fèi)站管理等都可以運(yùn)用汽車身份自動識別系統(tǒng)，采用ccd攝像機(jī)對車輛牌照進(jìn)行拍攝，并運(yùn)用汽車位置傳感器將汽車的位置、車輛的行駛情況以觸發(fā)信號的方式進(jìn)行采集。圖像采集部分將車牌圖像信號送入圖像處理，并進(jìn)行預(yù)處理、二值化、特征提取，經(jīng)字符識別程序?qū)⒔Y(jié)果運(yùn)行之后寫入數(shù)據(jù)庫。

（四）收費(fèi)數(shù)據(jù)視頻疊加顯示系統(tǒng)采用計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行管理，并采用人工加自動聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)結(jié)合的方式進(jìn)行閉路電視監(jiān)視。其采用非接觸式IC卡作為收費(fèi)介質(zhì)，按照車型和行駛里程，在儲值卡內(nèi)進(jìn)行扣款。

高速公路收費(fèi)系統(tǒng)采用收費(fèi)視頻疊加技術(shù)，方便交通部門管理，并對收費(fèi)技術(shù)進(jìn)行精確核算。收費(fèi)數(shù)據(jù)視頻疊加核心是芯片。芯片可以采用疊加字符水平和垂直調(diào)節(jié)的方式進(jìn)行同步信號的分離，也可以將輸出和輸入部分加以調(diào)整。被疊加的數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)輸送到監(jiān)控中心，顯示在監(jiān)視器上，并上傳到監(jiān)控中心計算機(jī)，記錄在DVR中，以便交通部門管理[4]。

（五）收費(fèi)站不停車收費(fèi)系統(tǒng)，當(dāng)前在公路大橋隧道中被廣泛應(yīng)用。這種不停車收費(fèi)系統(tǒng)不需要汽車停止，就可以采用電子標(biāo)簽專用短距離通訊自動完成收費(fèi)。etc系統(tǒng)就是在該系統(tǒng)下運(yùn)行的，主要體現(xiàn)在收費(fèi)站管理和etc管理中心與專業(yè)銀行網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。在etc收費(fèi)車道，系統(tǒng)利用微波電子、計算機(jī)、通訊技術(shù)、傳感技術(shù)、圖像識別技術(shù)等高科技技術(shù)聯(lián)合，形成先進(jìn)技術(shù)，實現(xiàn)對不停車車輛的自動通行費(fèi)用的收取。例如，微波技術(shù)在etc系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過路邊讀寫設(shè)備，獲取車輛信息；控制系統(tǒng)通過信息接收和發(fā)射裝置識別車輛設(shè)備，以汽車前玻璃上的obu車載器識別車牌號、車型編碼計算費(fèi)用，并從專用賬戶上扣除費(fèi)用。不停車收費(fèi)系統(tǒng)還采用GPS技術(shù)，通過移動通信技術(shù)高度融合，使得GPS接收機(jī)獲得移動車輛的位置數(shù)據(jù)；再經(jīng)過單片機(jī)的處理之后，將信息發(fā)送到移動通訊網(wǎng)短信息中心；經(jīng)通訊模塊處理之后，通過專線將車輛定位信息傳到傳送給收費(fèi)中心；由收費(fèi)中心接受信息并傳送到移動終端，準(zhǔn)確獲取車輛的行駛路線；根據(jù)行駛軌跡，由收費(fèi)軟件按照公路收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計費(fèi)，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)。

三、智能交通以及5G物聯(lián)網(wǎng)車輛系統(tǒng)發(fā)展前景

隨著智能交通的發(fā)展，安防應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大。監(jiān)控系統(tǒng)在城市智能交通管理上發(fā)揮著重要作用，著眼于交通信息的廣泛應(yīng)用和服務(wù)，提高了交通運(yùn)行效率[5]。作為智能化的交通領(lǐng)域管理者，智能交通結(jié)合電子監(jiān)控系統(tǒng)以及車輛控制系統(tǒng)、多媒體系統(tǒng)，共同發(fā)揮智能化管理作用，向著信息技術(shù)集成化的方向發(fā)展。智能交通系統(tǒng)的綜合管理能力可以應(yīng)對不同天氣不同季節(jié)，并針對不同的交通狀況對車輛進(jìn)行控制，采用信息采集和處理的方式實現(xiàn)車輛的管理。在信息采集方面，汽車安裝有車載定位系統(tǒng)，可以對汽車的行駛位置和車上的情況進(jìn)行實時監(jiān)控。智能交通系統(tǒng)通過對車輛信息的跟蹤和定位，對于擁堵路段進(jìn)行智能化分析，將路況在電子路況顯示屏上進(jìn)行通報，幫助人們了解車流量的情況。智能交通系統(tǒng)利用交通信息采集系統(tǒng)還可以豐富交通信息內(nèi)容，為出行提供辦便利，使未來人們在出行時得到更加便利和高效的服務(wù)。在交通信息智能化監(jiān)控系統(tǒng)的幫助下，外出旅行人員將獲得多種多樣的旅行服務(wù)，如能夠快速獲得路面擁堵情況等。

隨著5G技術(shù)的覆蓋，車聯(lián)網(wǎng)在落地以及應(yīng)用上發(fā)揮了巨大價值。當(dāng)前，其熱點集中在自動駕駛和智能交通構(gòu)建上。隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的扶持，5G車聯(lián)網(wǎng)推出車聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動規(guī)劃，通過綱領(lǐng)性文件的發(fā)布和實踐，使得以5G技術(shù)為核心的智能網(wǎng)助力智能汽車轉(zhuǎn)型升級。一是車聯(lián)網(wǎng)落地之后，將解決電動化汽車產(chǎn)業(yè)網(wǎng)聯(lián)化轉(zhuǎn)型中遇到的難題，做到智能網(wǎng)聯(lián)安全，從芯片到終端產(chǎn)品應(yīng)用結(jié)合當(dāng)前智能化道路進(jìn)行改造，盡快促進(jìn)未來自動駕駛落地。擁有自動化終端應(yīng)用場景的物聯(lián)網(wǎng)車輛運(yùn)行系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)揮作用，例如自動識別紅綠燈信號等核心關(guān)鍵技術(shù)，不僅能夠識別信號燈信息，而且可以依靠攝像頭識別通過后端的車載平臺去測算信號信息，甚至可以對惡劣的天氣影響予以應(yīng)對[5]。

自動駕駛車將擁有視力智能視覺范圍，傳感器激光雷達(dá)視覺范圍在100米左右。5G智能網(wǎng)聯(lián)可以實現(xiàn)超視線信息推送，智能網(wǎng)聯(lián)將超視線的信息推送產(chǎn)業(yè)鏈傳送給自動駕駛車輛，依靠單車傳感器將信號通過車聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行共享，降低單車智能成本。

未來智能交通將實現(xiàn)通信與協(xié)同控制，協(xié)同信息感知平臺，多層級車路協(xié)同，體現(xiàn)為微觀、中觀、宏觀三個層面。

微觀層面是車輛行駛環(huán)境信息實現(xiàn)交通信息感知和交互，交通運(yùn)行情況和交通事件信息及時傳送，使得車輛能夠及時對信息進(jìn)行獲取、傳送和快速合理的決策。例如，針對行人避讓和盲區(qū)、城市交叉路口的信號控制等特點，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和環(huán)境感知系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)防碰撞預(yù)警。交通信號的感知表現(xiàn)為，當(dāng)汽車經(jīng)過交叉路口時，紅綠燈信息被識別并傳輸?shù)杰囕d信息屏。防碰撞預(yù)測可通過對車輛位置的軌跡分析，結(jié)合邊緣計算單元對車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的碰撞風(fēng)險進(jìn)行預(yù)警[6]。

中觀層面上，智能交通運(yùn)行態(tài)勢協(xié)同控制集成各類交通控制技術(shù)，對局部的運(yùn)行態(tài)勢進(jìn)行控制。例如，當(dāng)車輛駛向信號燈控制的交叉路口時，收到路測RSU發(fā)送的道路數(shù)據(jù)，實時進(jìn)行信號燈狀態(tài)數(shù)據(jù)的獲取，給予駕駛員合適的車速建議區(qū)間，使得車輛能夠保持舒適運(yùn)行。高速公路匝道智能管控，對整套系統(tǒng)運(yùn)行毫米波雷達(dá)，LED控制屏和電子警察抓拍等，實現(xiàn)高速路況感知、后臺管控和數(shù)據(jù)采集。

宏觀層面基于云控制平臺，將車輛擁堵情況、環(huán)境信息、道路感知信息等匯聚在云控平臺上，實現(xiàn)全局決策控制。

四、結(jié)束語

智能交通系統(tǒng)在高速公路收費(fèi)、實時監(jiān)測路面擁堵、精準(zhǔn)識別車輛異常等方面，通過系統(tǒng)先進(jìn)設(shè)備軟硬件實現(xiàn)電子智能化應(yīng)用。隨著高速公路建設(shè)和汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃向上發(fā)展，在市場經(jīng)濟(jì)引領(lǐng)下，智能交通系統(tǒng)尤其是監(jiān)控智能化將發(fā)揮重要作用，為高速出行提供高效的信息采集功能、信息整合功能。其作用是其他安防工作無法比擬的。其今后的發(fā)展更將向著智能化分析、智能化管理、系統(tǒng)聯(lián)動和互動功能前行。